CN1127848C - 用于变换图像速率的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电路，其特征在于：运动检测器(3)包括一个用于生成运动信号的第一装置(31)，该信号所具有的第一状态用于每个被测定为运动的像点，其第二状态用于每个被测定为静止的像点，而且还包括一个第二装置(32)，通过该装置来对像点运动信号进行校正，以便用如下方法生成运动值，即不考虑同相邻像点的匹配状态有偏差的状态。

Description

用于变换图像速率的电路
本发明涉及一种在按照动态适应方法再现视频信号的装置中变换图像速率(半帧重复频率)的电路，该电路具有一个用于产生像点运动值的运动检测器，借助该运动值可以在图像速率加倍时控制用于切换半帧序列的装置。
这种类型的电路通常在电视机中用于加倍50或60Hz的半帧重复频率，以便用这种方法减轻大面积闪烁，并产生整体平静的图像。
对于图像速率的变换，将对静态方法和动态适应和/或动态补偿方法进行区分。
在静态方法中，倍增两个半帧A和B，并如图7所示或是依次地再现(AABB，图7a)，或是交织地再现(ABAB，图7b)。AABB再现的优点在于，虽然能得到非常好的动态显示，但它不能减轻边缘闪烁。相比之下，可以使用ABAB帧序列—这实际上意味着全帧的倍增—来减轻静态图像中的边缘闪烁。但这种再现不适合于运动的图像。
另外，如图8所示，已知的静态方法按AA*B*B帧序列进行工作，其中半帧A*和B*是以线性或非线性方法计算的。例如，已知为此而使用了中间滤波器，利用它们通过半帧An和Bn或Bn和An+1的内插来生成半帧(A*)n和(B*)n。
动态适应及动态补偿方法与静态方法的不同之处在于使用了运动检测器和/或运动估测模块。图9在原理上示出了相应的半帧交织方法。运动检测模块只产生关于图像中存在运动的信息，而运动估测模块还确定关于运动幅度和方向的信息。该信息能被用来以多种方法改进图像速率的变换。例如，可以根据该信息逐像点地或逐帧地在上述两种静态方法之间进行切换。
然而，所有这些方法的缺点在于如下事实，即特别在打算对各种帧序列或半帧序列实施取决于运动的切换、并要实现内插时，它们的费用会非常高。
因此，本发明的任务为创造一种文章开头所述类型的电路，利用该电路尤其可以在运动图像的情况下以相对简单的方法实现相当好的图像质量。
根据本发明，该任务通过文章开头所述类型的电路来实现，其中，运动检测器包括一个用于产生像点运动信号的第一装置，该信号所具有的第一状态用于每个被测定为运动的像点，其第二状态用于每个被测定为静止的像点，而且还包括一个第二装置，通过该装置来校正像点运动信号，以便以如下方法生成运动值，即不考虑同相邻像点的匹配状态有偏差的状态。
这种解决方法的特别优点在于，无需反馈为前一帧所计算出的运动值。而且，由于利用按本发明生成的运动值能够控制简单的切换开关，因而无需倍增器，而在具有不同半帧序列的组合方法中则通常需要该倍增器。另外，通过本发明对像点运动信号的校正可以产生如下运动值，即利用该运动值，即使是小物体的快速运动也能检测出来并加以考虑。
据此，用于测定第一或第二状态的所述第一装置优选地包括用于产生控制特性曲线的单元，以便根据行差计算出半帧差，其中，如果行差小，则增加运动灵敏度，如果行差大，则降低运动灵敏度。
另外，该第一装置优选地具有用于生成行差和半帧差的电路单元，其中，利用生成施加有行差的控制特性曲线的单元来计算出所述的半帧差，并将该半帧差映射到1比特信号上，然后将这些信号与一个“或”门进行逻辑连接，以便生成像点运动信号。
通过产生1比特的控制信号，可以用一种简单方法在每个像点的两种不同的半帧序列之间进行切换。
此外，所述的第二装置优选地包括一个第一电路单元，用于以如下方法处理每个像点的运动信号：如果所有相邻像点的运动信号均具有第二状态，则将第一状态转变为第二状态，其中，用先前被校正过的状态来处理下一像点。
由此，可以利用似然准则对像点运动信号进行二维校正，并且可以通过清除和填补运动值而使图像区域均匀化，这便进一步地改善了图像质量。
本发明的其它细节、特征及优点可参照附图从下述对优选实施方案的说明中得出。其中：
图1所示为本发明的电路方框图；
图2所示为本发明电路中的第一装置的方框图；
图3所示为第一装置的组件的方框图；
图4所示为第一装置的其它组件的方框图；
图5所示为本发明电路中的第二装置的方框图；
图6a-6g所示为像点校正，用以说明根据本发明生成运动值；
图7a、b所示为已知的不同帧序列，利用该帧序列、并借助用于倍增图像速率的静态方法来显示半帧；
图8所示为静态方法中的内插半帧的生成和显示；以及
图9所示为使用动态适应和/或动态补偿方法的半帧的生成和显示。
本发明是基于如下认识：如果运动检测器逐像点地提供有关像点运动状态的信息，并将该信息用于两种不同的、为运动状态均进行了优化的方法之间的切换，那么便能够达到特别好的图像质量。正如引言中所解释的那样，这尤其合适于如下情况，即静止图像部分用帧序列(半帧序列)ABAB显示，而动态图像部分用帧序列AA*B*B显示。通过根据像点进行相应的切换，可将两种再现方式的优点结合起来。
图1所示为根据本发明的电路方框图。该电路包括一个第一半帧存储器1、一个与之串联连接的第二半帧存储器2和一个运动检测器3。该运动检测器包括一个用于生成像点运动信号的第一装置31和一个用于从其生成运动值的第二装置32。
施加于该电路输入端上的半帧信号被临时存储在第一和第二半帧存储器31、32中，且它们作为依次相继的第一、第二和第三半帧A、B、C被输入至运动检测器3中的第一装置31。
第一装置31用于实现滤波和生成经逐像点计算并彼此组合的各种差值。其结果是产生像点运动信号，该信号为每个具有第一状态的像点规定了相应像点是否被视为运动的，并用第二状态标明被归类为静止的像点。
第二装置32被用来对这些像点运动信号的状态进行再处理。该再处理的目的是使运动和静止的图像区域均匀化。为此，将那些像点运动信号具有第一状态、以及在较大区域内像点运动信号具有第二状态的单个小区域去掉，或将这些小区域也置为第二状态。
相反，将已经指定为第二状态、且位于含有第一状态像点的区域之中的像点指定为第一状态。这样便生成了均匀的、被标识为运动的区域，该区域对应于运动的图像部分。
这种再处理的特殊优点在于：后接的100Hz变换器(切换开关)能稳定地在如下意义上进行工作，就是它不会在文章开头借助图7a和7b所述的两种扫描方法之间的连续地进行切换，否则会导致严重的干扰现象。
图2所示为第一装置31的相应方框图。第一装置31包括一个其上加有第一半帧A的第一电路单元311和一个其上输入有第二半帧B的第二电路单元312。这两个电路单元311、312均用于生成行差。单元320从两个时差中生成最大值。另外，还设有第三、第四和第五电路单元313、314和315，这些单元均用于产生帧差。第一和第二半帧A、B被施加给第三电路单元313。第一和第三半帧A、C被输入给第四电路单元314，而第二和第三半帧B、C被施加给第五电路单元315。
第三、第四和第五电路单元的输出分别接至第一、第二和第三单元316、317、318以便生成控制特性曲线。这些“特性曲线控制器”的输出与一个或门319进行逻辑连接。单元320的输出被施加给所有的特性曲线控制器。
利用该特性曲线控制器，通过映射到1比特信号来从所生成的帧差A-B、A-C和B-C中产生像点运动信号。对此，根据行差来实现从半帧A或B中计算出所述的帧差。在此，如果行差小，则加大灵敏度，如果行差大，则降低灵敏度。这些特性曲线可有利地实现为查询表的形式。由半帧A与B之间时差的最大值来控制所有的帧差。
因为这种方法也可以检测运动非常快的小物体，所以对这三种不同的帧差进行分析是非常有利的。
图3中详细示出了用于生成行差的第一和第二电路单元311和312，每个这种电路单元均包括一个第一行存储器3110，该存储器与输入相连，其输出与第二行存储器3111相连。另外，还设有一个第一减法器3112，该减法器与此电路单元的输入和第一行存储器3110的输出相连。第二减法器3113与第一行存储器3110的输出和第二行存储器3111的输出相连。第一减法器3112的输出与用于求值的第一单元3114相连，而第二减法器3113的输出与用于求值的第二单元3115相连。用于求值的第一和第二单元的输出共同接至用于确定最大值的单元3116，该单元3116的输出信号经一个第一衰减器3117和其后的一个第一低通滤波器3118被输送给特性曲线控制器316，该特性曲线控制器上加有阈值。
图4详细地示出了用于生成帧差的电路单元313、314、315的结构。它们都有一个第一和一个第二垂直滤波器3130、3131，两者的输出与第三减法器3132相连。第三减法器3132的输出与第二低通滤波器3133的输入相连。它的输出信号经用于求值的第三单元3134和其后的第二衰减器3135被输送给限幅器3136。
处于不同帧位置上的半帧均在第一和第三电路单元313、315中进行处理。这是考虑到如下事实，即垂直滤波器3130、3131实现了帧位置的偏移，使得两个半帧具有相同的帧位置。相反，具有相同帧位置的半帧在第二电路单元314中进行处理。在这种情况下，垂直方向上只进行低通滤波。该帧位置在此保持不变。
图5详细示出了第二装置32，并将参照图6a～6h对其作进一步解释，该装置被用来对生成运动值的像点运动信号进行校正或再处理。再处理分多个步骤进行：
利用第一校正单元321实现单个像点运动信号的第一清除(水平处理)，所述像点运动信号在具有第二状态(静止)的像点运动信号的周围区域内处于第一状态(运动)。也即在这种情况下，很可能由于运动的物体通常有较大的范围而造成第一装置31出现不正确的分类。为了校正这种状态，对整个图像上引入一种掩码，并对每个像点运动信号进行判断，以便确定是否要将其清除。该掩码在图6a中示意性地被画了出来。
如果周围所有的信号a、b和c均指示第二状态，则清除具有第一状态的当前像点运动信号A，或将其改为第二状态。在校正下一信号时，也即在掩码向右移动一个像点之后，校正后的信号A变为点b。对于正好位于信号A下面的信号的校正，同样也将点A的校正值用作a。这意味着，一旦计算出该值，则可将其再次递归地用作后面校正的输入值。由此，清除算法可以非常有效地工作。
利用第二校正单元322来清除行(垂直处理)。在此，下一块将总是清除那些单独的作水平运行的行。为每个像点再次实行该校正。所用掩码如图6b所示：
如果位于上面一行和两行以及位于下面一行的信号具有第二状态，则把当前像点的像点运动信号A置为第二状态。在这情况下使用非递归的处理。
然后利用第三校正单元323实现像点运动信号的初次插入(水平处理)，其中相应的掩码在图6c中示出：
在前两个步骤之后，仍有被设置的单个像点运动信号沿水平方向延伸了两个像点。该像点将在稍后由第四校正单元324清除。然而，在运动物体内也会有显然不能清除的两组的情况。由于相应的像点位于较大的运动物体中，所以在它们的近邻区域里总会有多个像点运动信号具有第一状态。因此，通过在它们之间的间隙中填充第一状态的像点运动信号，便可以阻止该清除过程。这是通过考虑水平相邻的像点运动信号a、b、c和d由第三校正单元323完成的。如果设置了这些信号之一的a或A，并同时还设置了信号b、c、d中之一，那么便把当前像点运动信号置为第一状态。该算法递归地进行，也就是说本次校正的结果将在下次校正中被用作a点。
利用第四校正单元324实现像点运动信号的第二清除(水平处理)。该过程如图6d所示。如果周围的像点信号a、b、c、d均不是第一状态，则将当前像点运动信号A指定为第二状态。该算法也是递归地进行。
利用第五校正单元325扩展像点运动信号(水平处理)。这将在图6e中举例说明。利用该步骤使具有第一状态的像点运动信号的区域沿水平方向在右边缘和左边缘均扩大一个像点。为此，对这三个运动信号a、A和b进行一个简单的“或”逻辑操作。这种情况的处理不是递归的。
根据图6f，利用第六校正单元326进行行扩展(垂直处理)，对那些具有第一状态的区域沿垂直方向扩大一行。
此时利用第七和第八校正单元327和328，通过在像点运动信号中插入第一状态使动态区域均匀化。前几步已删除了不需要的运动信号，这样，现在便可以大规模地填充非均匀的动态图像区域。
利用第七校正单元327实现像点运动信号的第二插入，如图6g所示。该步骤沿水平方向工作。如果设置了已处理的值a或当前值A，且同时设置了值b、c、d、e、f、g或h之一，那么将当前值指定为第一状态。该处理递归地进行。
最后，利用第八校正单元328插入一些行(垂直处理)。这在图6h中进行说明。如果在前两行之一设置了两个值，且同时在接下来的四行之一设置了两个值，则指定当前像点运动信号A为第一状态。在这种情况下也是递归地进行处理。这样，值a、b、c和d都是已经校正过的值。
总之，如此地校正像点运动信号，使得生成用于确定均匀图像区域的运动值，这些区域被明确地相互区分开，并要么被连贯地定义为运动的，或者定义是静止的。

Claims (7)

1.一种在按照动态适应方法再现视频信号的装置中变换图像速率的电路，具有一个用于生成像点运动值的运动检测器，借助该运动值可以在图像速率加倍时控制用于切换半帧序列的装置，
其特征在于：
所述运动检测器(3)包括一个用于生成像点运动信号的第一装置(31)，该信号所具有的第一状态用于每个被测定为运动的像点，其第二状态用于每个被测定为静止的像点，而且还包括一个第二装置(32)，通过该装置来对像点运动信号进行校正，以便用如下方法生成运动值，即不考虑同相邻像点的匹配状态有偏差的状态。
2.根据权利要求1的电路，
其特征在于，
用于测定第一或第二状态的所述第一装置(31)包含有用于生成控制特性曲线的单元(316，317，318)，以便根据行差计算出半帧差，其中，如果行差小，则增加运动灵敏度，如果行差大，则降低运动灵敏度。
3.根据权利要求2的电路，
其特征在于，
所述第一装置(31)包含有用于生成行差和半帧差的第一～第五电路单元(311，312；313，314，315)，其中，利用生成施加有行差的控制特性曲线的单元(316，317，318)来计算出所述的半帧差，并将该半帧差映射到1比特信号上，然后将这些信号与一个“或”门进行逻辑连接，以便生成像点运动信号。
4.根据权利要求3的电路，
其特征在于，
所述第三、第四和第五电路单元(313，314，315)用于从第一、第二和第三半帧中生成3个半帧差，而且，用第一和第二半帧的行差信号的最大值来控制用于生成控制特性曲线的单元(316，317，318)。
5.根据权利要求1的电路，
其特征在于，
所述第二装置(32)包括一个第一校正单元(321)，用于以如下方法处理每个像点的运动信号，即如果所有相邻像点的运动信号均具有第二状态，则将其第一状态校正为第二状态，其中，用前面被校正过的状态来处理下一像点。
6.根据权利要求1或5的电路，
其特征在于，
所述第二装置(32)包括一个第二校正单元(322)，用于以如下方法处理位于一行中的所有运动信号，即如果上面一行和两行以及下面一行中的运动信号具有第二状态，则将第一状态改变为第二状态。
7.根据权利要求6的电路，
其特征在于，
所述第二装置(32)还包括其它校正单元(327，328)，用来通过插入具有第一状态的运动信号来使运动图像区域均匀化。
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